TWM680352U - 用於切割裝置之安全控制系統 - Google Patents

Abstract

一種用於切割裝置之安全控制系統，其包含：影像裝置，其設置於切割裝置上，組配以擷取切割裝置的影像；運算裝置，耦接於影像裝置以接收影像，其包含：參考物件辨識模組，組配來從影像中辨識出參考物件；目標物件辨識模組，組配來從影像中辨識出目標物件；以及判定模組，耦接於參考物件辨識模組與目標物件辨識模組，其組配以：根據參考物件設定危險區域；根據目標物件設定目標區域；判定危險區域與目標區域是否重疊；以及響應於危險區域與目標區域重疊時，傳送第一觸發訊號；安全控制裝置，耦接於運算裝置與切割裝置，響應於接收到第一觸發訊號，傳送控制訊號至切割裝置。

Description

用於切割裝置之安全控制系統　　

本新型係有關於一種安全控制系統，尤其指一種用於切割裝置之安全控制系統。

傳統的線鋸機、帶鋸機等切割裝置在設計上多著重於加工效率與操作便利，卻常忽略使用者的安全防護需求。這類裝置通常缺乏完善的防護罩、手部保護措施或異常偵測裝置，導致操作人員在加工過程中，手部極易接近高速運轉的鋸條，進而增加割傷、夾傷等工安事故的風險。

現有技術中，雖有利用光學柵欄以及緊急停止開關等進行防護，但仍存有一些限制。例如，藉由將光學柵欄安裝在具危險性機械的周圍，當任何物體(如使用者的手、或工具)進入光學柵欄範圍而遮斷光束時，系統即可啟動緊急對應動作，此類光學柵欄之偵測範圍通常較大，較適用於大型設備。對於如線鋸機這類中型或精密型加工機具而言，則可能因空間限制而影響其靈敏度與適用性。至於緊急停止開關需仰賴操作人員於危急情況下手動啟動，實務上往往因反應時間不足，致使難以及時達成有效防護。

有鑑於傳統的切割裝置在設計上普遍缺乏安全且有效的防護機制，使操作人員在加工過程中面臨高度風險，特別是手部易接近高速運轉的鋸條，因而提出一種用於切割裝置之安全控制系統來提升使用上的安全防護，有助於完善智慧化與人機協作的安全操作環境。

本新型所欲解決之技術問題在於針對現有技術中所存在的上述缺失，提供一種用於切割裝置之安全控制系統。

本新型之一實施樣態提供一種影像裝置，其設置於切割裝置上，組配以擷取切割裝置的影像；運算裝置，耦接於影像裝置以接收影像，其包含：參考物件辨識模組，組配來從影像中辨識出參考物件；目標物件辨識模組，組配來從影像中辨識出目標物件；以及判定模組，耦接於參考物件辨識模組與目標物件辨識模組，其組配以：根據參考物件設定危險區域；根據目標物件設定目標區域；判定危險區域與目標區域是否重疊；以及響應於危險區域與目標區域重疊時，傳送第一觸發訊號；安全控制裝置，耦接於運算裝置與切割裝置，響應於接收到第一觸發訊號，傳送控制訊號至切割裝置。

本新型利用影像裝置獲得使用者使用切割裝置進行切割作業的影像，並藉由辨識模組以及判定模組對影像裝置所獲得的影像進行影像辨識與分析，並考量外部警報，以進行對應的安全控制。據此，本新型的安全控制系統便可自動且有效地監控使用者使用切割裝置的作業情形，進而提升作業安全。有關本新型之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

本新型的其他目的、優點將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。

雖然本揭示內容中所述實施例可受到各種修改及具有替代形式，其特定實施例係以圖式中實例之方式提出，且將在本揭示中詳細說明。然而，應理解，圖式及其詳細說明並非意欲將實施例侷限於所揭示之具體形式，而是意欲涵括所有落於所附申請專利範圍的精神與範圍內的修改、均等例及替代例。

請參閱圖1與圖2，圖1是根據本揭示的一實施例所繪製的安全控制系統10之示意圖；圖2是根據一些實施例所繪製的安全控制系統10之方塊圖。如圖1與圖2所示，安全控制系統10可包含切割裝置110、影像裝置120、運算裝置130、安全控制裝置140、測距裝置150以及輸出裝置160。

切割裝置110為透過電力驅動切割工具以進行物體的分離、雕刻或輪廓加工等操作的加工機具。切割裝置110包含切割平台101以及切割器102。當切割裝置110受到電力驅動並產生機械動作，切割器102(例如圓鋸片、鋸條或刀刃) 可對置放於切割平台101上的物體進行切割加工。切割裝置110包括但不限於線鋸機、帶鋸機等加工機具。

影像裝置120設置於切割裝置110上，其組配來擷取使用者使用切割裝置110進行切割作業的影像，並將擷取的影像傳送至運算裝置130。於一實施例中，影像裝置120可整合地設置於切割裝置110中。於另一實施例中，影像裝置120可在不改變切割裝置110原有結構下，附接於切割裝置110上。影像裝置120透過夾持方式、螺合方式、磁吸方式直接或間接地固定於切割裝置110上方或側邊。於一實施例中，影像裝置120可固持在機械手臂上，從切割裝置110上方進行影像擷取；於另一實施例中，影像裝置120可固持在機械手臂上，從切割裝置110側邊進行影像擷取。

運算裝置130耦接於影像裝置120，以接收來自影像裝置120的影像。運算裝置130可包含參考物件辨識模組131、目標物件辨識模組132、環境監測模組133、判定模組134。運算裝置130可以是個人電腦、筆記型電腦、伺服器、分散式電腦、雲端伺服器、工業電腦，或是任何具備運算功能和資料處理能力的電子裝置等，本案對此不加以限制。

請參閱圖3，參考物件辨識模組131組配以從影像中辨識出參考物件O1，參考物件O1可以是切割裝置110中的切割器102。於一實施例中，參考物件辨識模組131可經由預先訓練，以提升對參考物件O1之辨識準確度。舉例而言，使用者利用影像標註工具，對影像中的諸如切割器102的參考物件O1進行手動標記，以產生標註資料。前述之手動標記為利用人力逐一對複數個影像手動框選出所欲之參考物件、描繪出欲辨識物件的輪廓、標記欲辨識物件上特定點的位置等等。前述之影像標註工具可包括但不限於，CVAT、Supervisely、LabelMe、Roboflow等。於取得標註資料後，可將標註資料作為資料集，並於影像辨識框架下，藉由物件偵測演算法訓練物件偵測模型。於一實施例中，影像辨識框架包括但不限於，TensorFlow、PyTorch、Keras、XGBoost、mxnet、DARKNET、ONNX等；物件偵測演算法包括但不限於YOLO、SSD、FasterR-CNN、MaskR-CNN、ResNet、EfficientDet、VGG、COCO、CNN、MobileNet等。本揭示不限定所採用影像標註工具、影像辨識框架、訓練方法及/或樣本內容，僅需達成參考物件O1的辨識即可。透過前述方式所訓練之參考物件辨識模組131，可具備高辨識能力，以供後續進行判定與控制。

請一併參閱圖2及圖4a，安全控制系統10可進一步包含測距裝置150，用以測量影像裝置120與切割平台101之間的參考距離D_R。測距裝置150可設置於切割裝置110上，並與影像裝置120位於相同高度；或設置於影像裝置120上，本案對此不做限制。

由於影像裝置120可在不改變切割裝置110原有結構之情況下，附接於切割裝置110上，故隨著附接位置之不同將影響影像裝置120與切割平台101之間的距離，進而使得同一物體會在影像中呈現出不同的大小。參閱圖4b，藉由測距裝置150測量影像裝置120與切割平台101之間的參考距離D_R，於影像中標示參考尺標D_S，以利使用者進行手動標記。舉例而言，可在影像中標示對應於1公分的參考尺標D_S。使用者可藉由參考尺標D_S，在標註參考物件O1時框選出適宜的範圍，從而提升標註之精確度與一致性。測距裝置150可包括但不限於，紅外線距離感測器、超音波距離感測器、雷射距離感測器等。

接著請參閱圖5，目標物件辨識模組132用於從影像中辨識出目標物件O2，例如使用者的手。於一實施例中，目標物件辨識模組132可使用OpenCV模組來對接收到的影像進行影像處理，並結合工智慧工具進行辨識，接著使用影像辨識框架來實施及部署。例如，目標物件辨識模組132可根據MediaPipe等的人工智慧工具辨識出使用者的手的21個關節點。前述之人工智慧工具並不限於MediaPipe，亦可採用OpenPose、PointLSTM、YOLO、AlphaPose、PoseNet、DensePose、DeepLabCut或其任意組合。前述之影像辨識框架包括但不限於，TensorFlow、PyTorch、Keras、XGBoost、mxnet、DARKNET、ONNX等。本新型不限定所採用的人工智慧工具、影像辨識框架，任何能達成辨識出目標物件O2辨識之技術均可適用。

請一併參閱圖3及圖5，其顯示於一實施例中，參考物件辨識模組131從影像中的辨識出參考物件O1，且目標物件辨識模組132從影像中的辨識出目標物件O2，並將辨識結果以視覺化方式標示於影像上。例如，將物件的座標、矩形邊框(bounding box)、分類標籤或置信度等資訊等繪製在影像中對應的位置，便於使用者觀察與分析。

環境監測模組133耦接於判定模組134，其組配以接收並處理環境事件，並將處理過的環境事件傳送至判定模組134，使其作為後續判斷啟動安全應對機制的其中一個觸發條件。於一實施例中，環境監測模組133可接收來自政府單位或住宅保全系統發送的外部警報資訊，例如「地牛Wakeup!」(如本案圖6所示的外部警報頁面600)、「台灣地震速報」等含有地震警報資訊的環境事件。於另一實施例中，環境監測模組133可接收含有火災、海嘯警報資訊的環境事件。響應於環境事件的接收，環境監測模組133將環境事件進行處理並傳送到判定模組134進行判定。

判定模組134係用於根據參考物件O1來設定危險區域Z1。請參閱圖7a和圖7b，其是根據一些實施例所繪製的危險區域之示意圖。於圖7a的實施例中，判定模組134根據參考物件O1的座標來設定危險區域Z1。於圖7b的另一實施例中，測距裝置150測量出影像裝置120與切割平台101的參考距離D_R。判定模組134根據參考物件O1與參考距離D_R來設定危險區域Z1。具體而言，安全控制系統10可預設有預警距離D_W，以在參考物件O1與目標物件O2之間距離小於預警距離D_W時，即啟動對切割裝置110之安全控制。因此，可將危險區域Z1設定為以參考物件O1的邊界為基準，向外延伸預警距離D_W所形成的區域。由於預警距離D_W會隨著參考距離D_R而縮放，影像中對應的危險區域Z1在不同距離下亦應呈現不同大小。換言之，安全控制系統10可藉由測得的參考距離D_R，經由計算或經由查找表獲取預警距離D_W在影像中的對應距離，進而自動調整危險區域Z1的範圍，以因應影像裝置120拍攝時的距離變化，增加設定危險區域的準確度與適用性。

圖8a和圖8b是根據一些實施例所繪製的目標區域之示意圖。請參閱圖8a，於一的實施例中，判定模組134根據辨識出的目標物件O2來設定目標區域Z2。目標物件O2可包含複數個目標節點K，其可以例如是MediaPipe工具辨識的使用者手部的21個關節點。判定模組134根據複數個目標節點K所形成的區域來設定目標區域Z2。接著，判定模組134判定危險區域Z1與目標區域Z2是否重疊，當判定危險區域Z1與目標區域Z2重疊時，判定模組134傳送第一觸發訊號T1。

請參閱圖8b，於進一步的實施例中，目標物件辨識模組132從複數個目標節點K選定複數個關鍵目標節點TK，例如，選定鄰近切割器102的大拇指與食指的目標節點為關鍵目標節點TK。於一實施例中，當判定模組134判定危險區域Z1與目標區域Z2未重疊時，進一步判定複數個關鍵目標節點TK中的任一者與危險區域Z1之距離是否小於關鍵距離D_T。在複數個目標節點K所形成的危險區域Z1與目標區域Z2未重疊，但複數個關鍵目標節點TK中的任一者與危險區域Z1之距離小於關鍵距離D_T時，判定模組134傳送該第一觸發訊號T1以預防止危險發生，其中的關鍵距離D_T可以是預設的。換言之，判定模組134不僅針對目標節點K進行判斷，更基於關鍵目標節點TK作出較嚴格的距離控管，提升操作安全性與反應速度。

於一實施例中，判定模組134進一步判斷接收到環境事件是否符合預設環境事件。預設環境事件可包括但不限於：震度大於預定震度的地震事件、由建築物火災警報系統所觸發的火災事件、或其他可能對作業人員及設備安全造成重大威脅的環境事件。當判定模組134判定所接收到的環境事件符合上述預設環境事件中的任一者時，判定模組傳送第二觸發訊號T2至安全控制裝置140。

響應於接收到第一觸發訊號T1與第二觸發訊號T2中之至少一者，安全控制裝置140傳送控制訊號C至切割裝置110。

請返回參閱圖1，安全控制裝置140耦接於運算裝置130以接收來自判定模組134的第一觸發訊號T1及/或第二觸發訊號T2，且安全控制裝置140耦接於切割裝置110，用以於接收到第一觸發訊號T1與第二觸發訊號T2中之至少一者時，傳送控制訊號C至切割裝置110。所述控制訊號C可致使切割裝置110停止運作、啟動緊急斷電程序等等。安全控制裝置140包括但不限於，斷電器、繼電器、電磁接觸器、可程式化邏輯(Programmable Logic Controller，PLC)控制模組等等。安全控制裝置140可以是獨立的外掛裝置，亦可以整合地設置於切割裝置110、整合地設置於運算裝置130中，本案對此不作限制。

請返回參閱圖1，安全控制系統10還可包含輸出裝置160，其耦接於運算裝置130，並根據第一觸發訊號T1及第二觸發訊號T2顯示通知訊息。輸出裝置160包括用以發出警示音或語音提示的蜂鳴器、發出單色閃爍燈號或多色組合燈號的指示燈裝置、顯示文字訊息的顯示器等等。除上述例示之外，輸出裝置160亦可為任何能夠輸出通知訊息的裝置，本案對此不作限制。

請參閱圖9，顯示根據本揭示的實施例之安全控制方法20的流程圖，其例示使用安全控制系統10來執行安全控制方法的一實施例。安全控制方法包含：在步驟210中，運算裝置130接收來自影像裝置120的影像。

在步驟220中，運算裝置130中的參考物件辨識模組131從影像中辨識出參考物件O1。

在步驟230中，運算裝置130中的目標物件辨識模組132從影像中辨識出目標物件O2。

在步驟240中，運算裝置130中判定模組134根據參考物件O1設定危險區域Z1。

在步驟250中，運算裝置130中判定模組134根據目標物件O2設定目標區域Z2。

在步驟260中，判定模組134判定危險區域Z1與目標區域Z2是否重疊。若是，則前進至步驟270，若否，則前進至步驟265。

在步驟265中，響應於判定模組134判定危險區域Z1與目標區域Z2未重疊，判定複數個關鍵目標節點TK中的任一者與危險區域Z1之距離是否小於關鍵距離。若是，則安全控制方法前進至步驟270，若否，則返回至步驟210。

在步驟270中，判定模組134傳送第一觸發訊號T1至安全控制裝置140。

在步驟280中，響應於接收到第一觸發訊號T1，安全控制裝置140傳送控制訊號C至切割裝置110。安全控制方法20結束。

綜上所述，本案的安全控制系統10利用影像偵測以及考量外部警報自動預判使用者在操作時可能發生危險，並自動執行安全動作並通知使用者，從而提供更安全的操作環境。

儘管包含諸如第一及第二的序數的術語可用於描述各種元件，但結構元件並不受到所述術語限定。所述術語僅用以區分一個元件與另一元件。舉例而言，在不脫離本揭示內容的範疇的情況下，可將第一結構元件稱作第二結構元件。相似地，亦可將第二結構元件稱作第一結構元件。如本揭示中所使用，術語「及/或」包含一或多個關聯項目中的任何及所有組合。

另外，上述實施例中所提到的耦接包含元件或組件以直接或間接的方式結構上的連接於或電訊號傳遞於另一個元件或另一個組件，其中「直接」指的是兩元件或兩組件之間彼此連接，而「間接」指的是兩元件或兩組件之間另有其他元件，提供連接的作用。

本揭示中的術語「部」、「器」、「模組」、「單元」等用語係指對至少一個功能或動作進行處理之單位，其可由硬體、軟體、或硬體與軟體之結合予以實現。

本揭示中的術語僅僅用以描述本揭示內容的各種實施例，而並不意欲限制本揭示內容。除非上下文另有明確指示，否則單數形式意欲包含複數形式。在本揭示內容中，應理解，術語「包含」或「具有」指示特徵、數字、步驟、操作、結構元件、部件或其組合的存在，且不排除一或多個其他特徵、數值、步驟、操作、結構元件、部件或其組合的存在或添加機率。

除非有不同定義，否則本揭示中所使用的所有術語皆具有與在本揭示內容所屬領域具有知識者所理解的含義相同的含義。除非本揭示內容中有明確定義，否則諸如常用辭典中所定義的術語的術語應被解譯為具有與相關技術領域中的上下文含義相同的含義，而不應被解譯為具有理想或過度形式的含義。

各種實施例可包含一或多個元件。元件可包含經配置以執行某些操作的任何結構。儘管一實施例可作為實例而被描述為具有呈某一配置的有限數目個元件，但所述實施例可對於給定實施方案視需要而包含呈替代配置的更多或更少元件。值得注意的是，對「一個實施例」或「一實施例」的任何參考皆意謂結合所述實施例所描述的特定特徵、結構或特性包含於至少一個實施例中。片語「一個實施例」(或「一實施例」)在本說明書中的各處的出現未必指代同一實施例。

儘管本揭示中的方法的操作以特定次序示出及描述，但可更改每種方法的操作的次序，使得某些操作可以相反次序進行，從而可至少部分地與其他操作同時進行某些操作。在另一實施例中，不同操作的指令或子操作可呈間歇及/或交替的方式。

雖然本新型已參考上述特定的具體例被描述，明顯地在不背離本新型之範圍和精神之下可作出很多的修改和變化。因此意欲的是，本新型受如隨文檢附之申請專利範圍所示者之限制。

10:安全控制系統20:安全控制方法110:切割裝置101:切割平台102:切割器120:影像裝置130:運算裝置131:參考物件辨識模組132:目標物件辨識模組133:環境監測模組134:判定模組140:安全控制裝置150:測距裝置160:輸出裝置210:步驟220:步驟230:步驟240:步驟250:步驟260:步驟265:步驟270:步驟280:步驟600:外部警報頁面C:控制訊號D_R:參考距離D_S:參考尺標D_T:關鍵距離D_W:預警距離K:目標節點T1:第一觸發訊號T2:第二觸發訊號TK:關鍵目標節點O1:參考物件O2:目標物件Z1:危險區域Z2:目標區域

[圖1]是根據本新型之一實施例所繪製的安全控制系統之示意圖。

[圖2]是根據本新型之一實施例所繪製的安全控制系統之方塊圖。

[圖3]是根據本新型之一實施例所繪製的參考物件之示意圖。

[圖4a]是根據本新型之一實施例所繪製的測距裝置之示意圖。

[圖4b]是根據本新型之一實施例所繪製的參考物件之示意圖。

[圖5]是根據本新型之一實施例所繪製的目標物件之示意圖。

[圖6]是外部警報頁面之參考示意圖。

[圖7a]及[圖7b]是根據本新型之一實施例所繪製的危險區域之示意圖。

[圖8a]及圖[8b]是根據本新型之一實施例所繪製的目標區域之示意圖。

[圖9]是根據本新型之一實施例所繪製的安全控制方法的流程圖。

10:安全控制系統

110:切割裝置

120:影像裝置

130:運算裝置

131:參考物件辨識模組

132:目標物件辨識模組

133:環境監測模組

134:判定模組

140:安全控制裝置

150:測距裝置

160:輸出裝置

Claims (10)

1. 一種用於切割裝置之安全控制系統，其包含： 　　影像裝置，其設置於該切割裝置上，組配以擷取該切割裝置的影像； 　　運算裝置，耦接於該影像裝置以接收該影像，其包含： 　　參考物件辨識模組，組配來從該影像中辨識出參考物件； 　　目標物件辨識模組，組配來從該影像中辨識出目標物件；以及 　　判定模組，耦接於該參考物件辨識模組與該目標物件辨識模組，其組配以： 　　根據該參考物件設定危險區域； 　　根據該目標物件設定目標區域； 　　判定該危險區域與該目標區域是否重疊；以及 　　響應於該危險區域與該目標區域重疊，傳送第一觸發訊號； 　　安全控制裝置，耦接於該運算裝置與該切割裝置，響應於接收到該第一觸發訊號，傳送控制訊號至該切割裝置。
2. 如請求項1所述之安全控制系統，其中： 　　該目標物件包含複數個目標節點； 　　該判定模組根據該等複數個目標節點設定該目標區域。
3. 如請求項2所述之安全控制系統，其中該判定模組進一步： 　　從該等複數個目標節點選定複數個關鍵目標節點； 　　當判定該危險區域與該目標區域未重疊時，判定該等複數個關鍵目標節點中的任一者與該危險區域之距離是否小於關鍵距離， 　　響應於該等複數個關鍵目標節點中的任一者與該危險區域之距離小於該關鍵距離時，傳送該第一觸發訊號至該安全控制裝置。
4. 如請求項1所述之安全控制系統，其中： 　　該切割裝置包含切割器； 　　該參考物件為所述切割器。
5. 如請求項1所述之安全控制系統，其中： 　　該目標物件為使用者的手。
6. 如請求項1所述之安全控制系統，進一步包含： 　　測距裝置，其設置於該切割裝置上，組配以測量該切割裝置的切割平台與該影像裝置之參考距離。
7. 如請求項6所述之安全控制系統，其中設定該危險區域包含： 　　根據該參考物件與該參考距離設定該危險區域。
8. 如請求項1所述之安全控制系統，該運算裝置進一步包含： 　　環境監測模組，耦接於該判定模組，係組配以接收環境事件並將該環境事件傳送至該判定模組。
9. 如請求項8所述之安全控制系統，其中該判定模組進一步： 　　該判定模組組配以判定該環境事件是否符合預設環境事件， 　　響應於該環境事件符合該預設環境事件，該判定模組傳送第二觸發訊號至該安全控制裝置。
10. 如請求項9所述之安全控制系統，該安全控制裝置進一步： 　　響應於接收到該第一觸發訊號與該第二觸發訊號中之至少一者，該安全控制裝置傳送該控制訊號至該切割裝置。